基 础 生 态 学13章.docx

基 础 生 态 学13章.docx

《基 础 生 态 学13章.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基 础 生 态 学13章.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基础生态学13章

基础生态学

第一章绪论

1.生态学的概念

1.1生态学的定义

由德国科学家E.Haeckel于1866年提出，生态学是研究生命有机体与环境之间相互关系的科学，该定义强调生物与环境的相互作用。

1.2生态学研究的对象

按组织水平：

个体生态学、种群生态学、群落生态学、系统生态学；全球生态学。

按研究对象：

植物生态学、动物生态学、昆虫生态学、微生物生态学；

按部门划分：

森林生态学、草地生态学、农田生态学、湿地生态学；

按研究性质：

理论生态学、实验生态学、应用生态学；

1.3生态学研究方法

野外的

实验的

理论的

1.4生态学的形成与发展

萌芽时期：

①我国在公元前200年《管子.地员篇》中有植物沿水分梯度呈带状分布的记载；②公元前100年，我国农历确立了24节气，反映生物随气候变化的规律；③欧洲在公元前300年把动物分为陆栖、水栖等类型。

建立时期：

公元19世纪末，①1859年达尔文《物种起源》问世；②1866年Hackel提出生态学概念；③1895年丹麦植物学家Warming发表《以植物生态地理为基础的植物分布学》；④1898年德国植物学家Schimper出版《以生理为基础的植物地理学》。

巩固时期：

20世纪60年代以前，出现四大学派。

①法－瑞学派，②英美学派，③苏联学派，④北欧学派。

创新时期：

20世纪60年代至今，生态学空前发展。

①研究层次两极扩展，出现分子生态学、景观生态学、全球生态学等；②研究手段不断更新，出现模型、仪器、遥感等新方法；③研究范围扩展，从生物界扩展到人类社会；④学科交叉频繁。

2.生物与环境

2.1生态环境的概念

环境指某一特定生物或生物群体周围各种因素的总和。

环境必须有特定的主体，环境主体是相对的。

生态因子是指环境要素中对生物起作用的因子。

由生态因子构成的生存环境叫生态环境。

2.2生态因子的特征

（1）生态因子分类：

气候因子：

光、温、水、气等

土壤因子：

质地、pH、有机质等

地形因子：

海拔、坡向、坡度等

生物因子：

传播、寄生、共生等

人为因子：

传播、生产活动等。

（2）生态因子特征

综合性

主导因子性

阶段性

不可替代和补偿性

直接和间接作用

2.3生物与环境的相互作用

环境对生物的作用：

植物分布区，动物迁徙，生物钟现象等，并对环境产生适应。

生物对环境的作用：

环境对生物作用的同时，生物也对环境进行改造。

如森林对空气温度和湿度的影响。

生物与生物之间的作用：

捕食、寄生、共生等。

2.4生态因子的限制性作用

Liebig最小因子定律：

生物的生长和分布，取决于环境中的最小量生态因子。

限制性因子：

生态因子处于最大量和最小量，都会成为限制性因子，这就是限制因子定律。

生物对生态因子有一个耐受范围，这个耐受范围称为生态幅（ecologicalamplitude）。

生物可以通过人工驯化，调节自身的耐受幅度，使自身的生态幅发生改变。

第二章能量环境

1.地球上辐射及温度分布

1.1太阳辐射分布

太阳辐射主要由紫外（9％）、可见光（45％）和红外辐射（46％）组成。

太阳辐射受时间和空间变化影响，也受大气成分、太阳高度角、纬度、地形等因子的影响。

从光质看，低纬度和高海拔地区的短波辐射较多；夏季短波辐射较强；中午短波辐射较多，早晨长波辐射较多。

从光强看，夏季大于冬季，中午大于早晚，阳坡大于阴坡。

从日照看，一年四季日照长短不同，对生物繁殖和生长的影响不同。

1.2温度的分布

（1）土壤温度的变化

表层土壤温度变化快，周期短；下层土壤温度变化慢，周期长。

随土壤深度增加，温度变幅减小，土壤最高温和最低温出现的时间延后。

温带地区土壤温度年变幅较大，热带地区土壤温度年变幅较小。

（2）水体温度的变化

时间上，赤道和极地附近海洋的温度年较差小于5℃，而温带海洋水温年较差为10-15℃。

空间上，冬季上层水温低于下层水温，随着水深增加，水温逐渐增加到4℃；夏季上层水温高于下层水体，随着水深增加，水温逐渐降低到4℃。

2.生物对光的适应

2.1生物对光质的适应

植物主要吸收红橙光和蓝紫光。

红橙光对CH2O化合物的合成有利，蓝紫光对蛋白质合成有利。

短波辐射对植物生长有抑制作用，高山植物颜色较暗，叶面积小，毛绒发达，这是对短波辐射的一种适应。

长波辐射是地表热量的来源，对外温动物的体温调节，促进动物的生长发育具有重要作用。

2.2生物对光强的适应

光补偿点：

植物进行光合作用所同化的CO2与呼吸作用所释放的CO2达到平衡时，太阳光的强度。

光照强度

图2-1.光合作用强度与大气CO2浓度的关系

阳地植物:

光补偿点高。

阴地植物：

光补偿点低。

海洋生物也根据对光强度的适应而生活在不同的水深中。

叶绿素必须在一定的光照强度下才能形成，否则植物会出现黄化现象。

光照强度与果实的含糖量等特征有关。

2.3生物对光周期的适应

（1）光周期现象

光周期现象是动植物生活节律对日照长短周期性变化的适应。

如鸟类迁徙，动物冬眠、换毛，植物开花、落叶等。

（2）植物的光周期现象

长日照植物：

在生长过程中，日照长度超过某一数值才能开花的植物。

如萝卜、小麦、菠菜等。

长日照植物一般起源于高纬度。

短日照植物：

在生长过程中，日照长度小于某一数值才能开花的植物。

如玉米、水稻、棉花等。

短日照植物一般起源于低纬度。

中日照植物：

昼夜长度相等时才开花的植物，如甘蔗等少数热带植物。

（3）动物的光周期现象

长日照动物：

温带地区，春季日照逐渐延长，动物生殖腺高度发育，繁殖开始，如鼬、刺猬、田鼠等。

短日照动物：

秋季日照逐渐缩短，生殖腺发育到最大，动物开始繁殖，如鹿、绵羊、麝等。

3.生物对温度的适应

3.1生物发育与温度

（1）生物的发育节律

内温动物和外温动物：

内温动物通过自身氧化产热调节体温，如鸟类、兽类等；外温动物依赖外部热源调节体温，如鱼类、爬行类动物等。

（2）植物的春化作用

植物在生长和发育过程中，需要经过一定的低温阶段才能正常生长和发育。

（3）积温对生物的作用

一定时间内，生物的发育需要一定的总积温，才能完成某一发育阶段。

如小麦的有效积温为1500℃左右，玉米2500-4000℃，椰子约5000℃。

3.2生物物候与温度

物候现象：

植物根据气温变化有顺序地完成其发育节律的现象，如发芽、开花结实等，物候现象主要与热量有关，因而间接受纬度、海拔等因子的影响。

物候现象可以反映当地的气候条件，在农业上应用广泛。

3.3生物地理分布与温度

生物地理分布与极端温度（年最高和最低温度）和积温有关，如橡胶树、可可必须在积温高于5000℃以上的热带地区才能生长。

一些温带水果，如苹果、梨、桃等需要低温刺激，因此不能在热带地区栽种。

3.4生物对极端温度的适应

（1）形态适应

对低温适应，高寒植物的芽及叶片常有油脂保护，芽具有鳞片，保护植物免受冻害；动物的突出部分变小、增加羽毛和脂肪等。

对高温适应，植物密被绒毛和白色腊粉，反射强光，降低温度；叶片退化成针状，减少受热和蒸腾面积。

（2）生理适应

提高细胞液的浓度，降低细胞渗透压等。

极端条件下生长的植物常形成次生代谢产物，成为中药材的有效成分。

动物的冬眠等。

第三章物质环境

1.地球水资源分布

1.1全球水文循环

水文循环方式为降水和蒸发，通过这两种形式，地球表面水分达到平衡。

1.2土壤水分

土壤水分分为：

吸附水、毛管水和重力水。

吸附水由土壤颗粒吸附力保持，土粒越细，表面积越大，则土壤吸附水含量越高。

这一部分水分植物不能利用，只有在105℃左右的高温下才能汽化。

毛管水是存在于毛管中的水分，植物根系主要吸收这部分水分，是植物最重要的水分来源。

重力水为超过田间持水量的水分，向下移动进入地下水。

田间持水量：

毛管水达到最大时的土壤含水量。

凋萎系数：

植物出现凋萎时的土壤含水量。

1.3植物对水分的适应

（1）植物体内的水分状况

一些植物绿色组织含水量（%）

植物种含水率

植物种含水率

新疆杨64.0

沙枣62.5

毛白杨61.8

麻黄61.0

花棒62.8

柠条61.0

红砂57.9

梭梭78.3

（2）植物体内水分传导与蒸腾

水分以气体形式离开植物体叫蒸腾，影响蒸腾作用的因素：

生长发育，气孔开闭，光、温、水、气等。

蒸腾强度：

单位时间在单位面积的失水量（g.cm-2.s-1）。

水分利用系数（WUE）=干物质生产量/水分消耗量（g.DM.g-1）。

测定蒸腾作用的方法有两种：

快速离体秤重；IRGA（InfraredGasAnalyzer）方法。

（3）植物的水分生活型

水生植物：

根系通气组织发达；

湿生植物：

根系不发达，叶片宽大。

中生植物：

输导组织发达；如农作物、树木等。

旱生植物：

根系发达，叶片退化，贮水组织发达。

1.4动物对水分的适应

（1）水生动物的水平衡

通过调节体内的渗透压，保持动物体内水分平衡。

（2）陆生动物的水平衡

环境湿度影响陆生动物水分平衡。

通过形态适应、行为适应和生理适应调节体内水分平衡。

2.大气成分及其生态作用

大气由N2、O2、CO2、甲烷、惰性气体等组成。

其中CO2、甲烷等气体又叫做温室气体。

2.1动物与氧

动物的能量代谢是一个氧化过程；需要O2的参与。

人和动物进入高海拔地区，血液中的血红蛋白浓度将上升，这是对缺氧的一种适应。

长期的高浓度血红蛋白增加心脏负担，导致心脏肥大。

2.2植物的光合作用

光合作用过程只有在阳光和绿色植物条件下才能进行。

CO2+H2O——（CH2O）+O2

光合速率：

单位时间、单位面积同化的CO2量（g.cm-2.s-1）。

CO2补偿点：

在阳光下，植物光合作用所吸收的CO2与呼吸释放的CO2达到平衡时，大气中的CO2浓度。

C3和C4植物：

绿色植物进行光合作用时，以5C糖作为CO2受体，形成2分子3C糖，具有该光合途径的植物叫做C3植物；以3C糖作为CO2受体，形成1分子4C糖，具有该光合途径的植物叫做C4植物。

C3植物的CO2补偿点高，一般为50-60ppm，而C4植物的补偿点低，只要10ppm即可，说明C4植物具有更高的CO2利用效率。

由于光合效率较高，C4植物WUE也较高。

一般C4植物的WUE是C3植物2-3倍。

C3植物对CO2浓度增加反应十分明显，增产显著，而C4植物则对CO2增加不敏感。

C4植物具有更浓的叶绿体含量，具有较高的光合效率。

农田的很多杂草是C3植物，全球变化下，农田杂草的长势增加。

2.3植物的光合特征

光合速率在一天中有变化，分为单峰型和双峰型两大类。

旱生植物多为双峰型，早上9点左右和下午16点左右，可以避开正午高温和强辐射，减少水分蒸腾损失。

在干旱地区的高温和高光强度下，植物为减少水分蒸腾，一般都将气孔关闭，造成细胞间隙的CO2浓度降低，这时C3植物的光合效率明显下降，而C4植物则仍能保持较高的光合效率。

在测定植物光合速率时，一般选择在上午9-10点之间，使用IRGA仪器测定。

3.生物对土壤的适应

3.1对土壤pH的适应

酸性土植物

中性土植物

碱性土植物

3.2对土壤质地的适应

黏土植物

壤土植物

沙土植物（沙生植物）：

具有不定根，抗沙埋。

3.3对土壤盐分的适应

耐盐植物：

苜蓿、木地肤、假木贼等

盐生植物（聚盐植物，泌盐植物）：

柽柳、盐节木、红砂、红树林。

抗盐植物：

蒿类、盐地风毛菊等

4.火对生物的影响及管理

4.1火的益处

将枯枝落叶变为无机物，加速养分分解和循环，增加土壤有机质。

净化土壤表层，消除有害细菌。

增加地表温度，促进种子发芽。

4.2火的害处

使生物构成发生变化，破坏生态平衡。

使野生动物失去家园或死亡，造成物种丧失。

使地表裸露，造成水土流失。

5.生活型与生态型

5.1趋同与趋异适应

在相似生境条件下，不同种类的植物在外貌和生理上表现出一致性和相似性，这种现象称为趋同适应。

反之，同种植物的不同个体在不同生境下出现生态分化，而出现不同的生态类型，叫趋异适应。

如芦苇有不同生态类型。

5.2生活型与生态型

（1）生活型

指植物的外貌特征。

把形状和大小相似的植物划分为同一类生活型。

它是植物趋同适应的结果。

常把植物划分为乔木、灌木、藤本植物、多年生草本、一年生草本、垫状植物等生活型。

（2）生态型

同种植物的不同个体分化为不同类群。

它是物种趋异适应的结果。

如家鼠分化为大家鼠与小家鼠；芦苇分化为旱生与湿生芦苇等。

气候生态型：

分布区或栽培区不同气候区所致，如水稻的早、中、晚稻为日照生态型。

土壤生态型：

长期生长在不同土壤下，旱生与湿生芦苇、水陆稻为土壤生态型。